ДИНАМИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ СВАЙ
Если сравнивать со статическим испытанием свай, у этого метода ниже стоимость, а работы занимают меньше времени. В процессе исследований опора менее подвержена разрушению.
Важные моменты:
В случае расхождения фактической величины отказа от расчетной, меняются характеристики сваи, сечение или ее длина.
Оборудование для добивки конструкции выбирается идентично тому, какое было использовано при ее забивке.
Контрольные опоры забиваются на глубину, указанную в проекте строительства.
Недостаток таких исследований — высокий риск неверных результатов. Обычно данные исследований завышены по сравнению с фактической несущей способностью. Чаще всего это наблюдается на глинистых, песчаных грунтах, когда легкость погружения опоры обусловлена неоднородностью структуры почвы.
При использовании свайного фундамента обязательно проводят статические и динамические испытания забивных свай.
Во время работ определяют фактическую нагрузку, сопоставляют полученные результаты с проектными значениями. С помощью исследований динамической нагрузкой определяют связь между расходом энергии при забивке опор в грунт с их несущей способностью.
Какую информацию дает испытание динамической нагрузкой
Если сравнивать со статическим испытанием свай, у этого метода ниже стоимость, а работы занимают меньше времени. В процессе исследований опора менее подвержена разрушению.
Важные моменты:
В случае расхождения фактической величины отказа от расчетной, меняются характеристики сваи, сечение или ее длина.
Оборудование для добивки конструкции выбирается идентично тому, какое было использовано при ее забивке.
Контрольные опоры забиваются на глубину, указанную в проекте строительства.
Недостаток таких исследований — высокий риск неверных результатов. Обычно данные исследований завышены по сравнению с фактической несущей способностью. Чаще всего это наблюдается на глинистых, песчаных грунтах, когда легкость погружения опоры обусловлена неоднородностью структуры почвы.
Как проводятся динамические испытания свай?
Динамическая нагрузка свай подразумевает расчет показаний между энергией удара при забивке и сопротивлением грунта при этом процессе. На почвах с разной плотностью и неоднородной структурой с помощью этих значений рассчитывают фактические нагрузки, несущую способность будущего фундамента.
Алгоритм работ
Забивка контрольных свай проводится отдельно от места установки окончательной опоры. Фиксируется количество ударов на каждый метр продвижения. Последний метровый участок выделяется отдельно, здесь учитывается количество ударов на каждые 10 см.
Время отдыха конструкции определяется заранее в зависимости от грунтовых условий.
Добивка контрольных опор показывает количество ударов, необходимых для погружения до предельного значения. Определяется изменение параметров после отдыха, величина отказов.
Отдых и «отказ» свай
Важный показатель — отдых опор перед динамическими испытаниями, то есть время между их забивкой и добивкой. За этот период грунт обволакивает конструкцию, что затрудняет дальнейшее ее продвижение.
Период отдыха отличается для разных по структуре грунтов и составляет от 1 до 20 суток. Это необходимо отдельно согласовать с проектировщиком. Расчетные значения выставляют согласно предварительной геологии участка и изучению состава почвы.
Учитывают также «отказ» свай. При забивке сопротивление грунта возрастает, а осадка конструкции или отказ происходит, когда дальнейшее продвижение становится невозможным.
Обработка результатов и отчетность
Алгоритм проведения динамических испытаний рассмотрен в СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты».
Инженеры составляют график замеров, журнал проведения исследований, выдают акт выполнения работ. В акте отражают все показания контрольных приборов, изменения сопротивления грунта, выводы о пригодности грунта для дальнейшего строительства.
Во время исследований фиксируют следующие результаты:
Количество ударов на метр погружения до указанной отметки.
Величина отказов.
По результатам работ инженеры оформляют отчет согласно ГОСТ 5686-2020. Документ содержит тексты, графики. График зависимости общего количества ударов и осадки на каждый метр погружения приведен ниже:
Результаты контрольных испытаний свай динамической нагрузкой используют для определения соответствия расчетной и фактической несущих способностей опор.
На основании полученных результатов забивки пробных свай, специальная комиссия принимает решение о соответствии фактической нагрузке расчетным значениям. Если показатели в норме, строительство продолжают. При меньших результатах проект пересматривают. Чаще всего на основании данных исследований меняется марка опоры, ее физические размеры.
Инженеры компании «СИБГЕОПРО» проводят динамические испытания со всем необходимым оборудованием. Специалисты используют предварительно разработанную программу исследований, проект которой учитывает масштабы строительства, особенности геологического состава грунтов. По окончании работ предоставляем официальное заключение, необходимое при согласовании проекта в государственных учреждениях.
Расчетные нагрузки в проекте не всегда объективны, требуют фактического подтверждения. Поэтому статические и динамические испытания свай так важны.
Динамические испытания свайИспытания свай динамической нагрузкойДинамические испытания грунтов сваямиПроведение динамических испытаний свайДинамические испытания забивных свайИспытания грунтов сваями динамической нагрузкойРезультаты динамических испытанийДинамические испытания буронабивных свай
Согласно ГОСТ 5686-2020, отказы сваи при ее добивке определяют после «отдыха», т. е. после перерыва между окончанием забивки и началом добивки. Период «отдыха» устанавливается программой испытаний и зависит от состава, свойств и состояния прорезаемых грунтов и грунтов под нижним концом сваи.
Время отдыха сваи указано в п. 7.2.3 ГОСТ ГОСТ 5686-2020
Типы грунтов.
Период «отдыха» сваи.
При песчаных грунтах в пределах боковой поверхности свай и под их нижними концами, кроме рыхлых, водонасыщенных мелких и пылеватых.
Не менее 3 сут.
При глинистых, песчаных рыхлых, а также при разнородных грунтах.
Не менее 6 сут.
При прорезании песчаных грунтов в случае наличия под острием сваи крупнообломочных, плотных песчаных или глинистых грунтов твердой консистенции.
Допускается сократить до 1 сут.
При прорезании водонасыщенных мелких и пылеватых песков.
Не менее 10 сут.
При прорезании глинистых грунтов мягко- и текучепластичной консистенции.
Испытание свай динамической нагрузкой — это метод оценки несущей способности сваи путем приложения динамической нагрузки. С помощью исследований определяют несущую способность сваи быстрее, чем во время статических испытаний. В день можно испытать одну или несколько свай, в зависимости от требований проекта.
Во время динамических испытаний есть риск получить завышенные показатели несущей способности, по сравнению со статическими испытаниями. При обработке результатов динамических испытаний используют эмпирическую формулу с коэффициентами, что часто дает неточные результаты.
Энергия, передаваемая сваебойным молотом за один удар, рассчитывается путем умножения веса молота на высоту его падения. Вес x Высота = Энергия Энергия одного удара молота.
Забивные сваи используют в массовом строительстве для создания оснований зданий, сооружений, резервуаров, мостов. Это экономичное решение для глубокого фундамента. Забивные сваи также используют для прибрежных объектов, подпорных стен, пристроек.
Отказ сваи – это предельная величина глубины, на которую она погружается грунт от ударной нагрузки сваебойного механизма. Параметр отказа регистрируют, когда погружение сваи больше невозможно из-за растущего сопротивления грунта.
Самые распространенные динамические формулы, которые применяют для определения несущей способности забивной сваи:
● Формула Engineering News.
● Формула Хайли.
● Датская формула.
Формула Engineering News — самая простая и популярная динамическая формула для оценки несущей способности. Формула Хайли была разработана позже, чтобы преодолеть некоторые ограничения формулы Engineering News.
В России широко применяют формулу Н.М. Герсеванова (СП 24.13330.2016).
Нагрузки в зданиях и сооружениях делятся на вертикальные, горизонтальные и продольные. Вертикальные нагрузки состоят из постоянной, динамической и ударной нагрузок. Горизонтальные нагрузки состоят из ветровой и сейсмической нагрузок. Продольные нагрузки, т. е. тяговые и тормозные силы, учитываются в особых случаях проектирования.
Испытание свай динамической нагрузкой — это метод оценки несущей способности сваи путем приложения динамической нагрузки к оголовку сваи (падающий молот) и регистрации её осадки.
Испытания динамической и статической нагрузкой используются для определения несущей способности свай. Испытание статической нагрузкой проводится путем постепенного наращивания нагрузки на сваю до установленной величины и наблюдения за её перемещением. Затем нагрузка удерживается на протяжении определенного периода времени , чтобы убедиться в стабилизации грунтов и отсутствии деформаций, испытания может длиться до 15 часов. Испытание динамической нагрузкой основывается на применении быстрого удара по оголовку сваи и затем измерения реакции сваи на удар. Этот метод более быстрый и менее затратный, чем испытание статической нагрузкой, но также менее точный. Результаты испытания динамической нагрузкой обычно сопоставляются с результатами статического испытания.
Испытание проводится путем удара по оголовку сваи сваебойным молотом или другим подходящим падающим грузом, при этом отслеживается реакция грунта и сваи. Испытание может быть выполнено на многих типах свай.
Динамический метод испытания сваи — это один из методов определения несущей способности свай в грунте. Он основан на измерении параметров колебаний сваи, возникающих при ее ударении молотом определенной массы.
В процессе испытания молот ударяет по оголовку сваи, и измеряют колебания, возникающие в свае. По данным измерений можно определить несущую способность грунта, в котором она расположена.
Датчики подключаются к анализатору забивки свай (PDA) либо по беспроводной сети, либо с помощью основного кабеля. При каждом ударе молотка КПК обрабатывает измерения деформации и ускорения в режиме реального времени, обеспечивая как графическое отображение данных, так и числовые результаты.
При динамических испытаниях свай используются различные формулы для определения характеристик сваи. Некоторые из них:
Формула ударной работы:
W = (mgh) / n
где W - ударная работа, м;
m - масса молота, кг;
g - ускорение свободного падения, м/c²;
h - высота подъема молота, м;
n - число ударов.
Формула высоты проникновения:
H = (E * A) / (m * g)
где H - высота проникновения, м;
E - корректировочный коэффициент, определяемый по таблицам;
A - площадь поперечного сечения сваи, м²;
m - масса молота, кг;
g - ускорение свободного падения, м/c².
Формула скорости удара:
V = (2gh) ^ 0.5
где V - скорость удара, м/c;
g - ускорение свободного падения, м/c²;
h - высота подъема молота, м.
Формула предельного сопротивления:
qf = (2 * E * Ap) / d
где qf - предельное сопротивление сваи, кПа;
E - модуль упругости грунта, кПа;
Ap - площадь поперечного сечения сваи, м²;
d - угол наклона сваи, градусы.
Формула скорости проникновения:
Vs = (qf / γ) * As
где Vs - скорость проникновения, м/с;
qf - предельное сопротивление сваи, кПа;
γ - удельный вес грунта, кН/м³;
As - площадь поперечного сечения сваи, м².
Для расчета динамической нагрузки на сваю, обычно используют формулу ударной энергии, которая определяется как произведение массы ударной части и квадрата скорости удара. Формула выглядит следующим образом:
E = 1/2 * m * v^2,
где E - ударная энергия, м - масса ударной части, v - скорость удара.
Скорость удара рассчитывается путем измерения высоты подъема молотка после удара и времени, за которое он поднимается. Скорость удара может быть также рассчитана по формуле:
v = √(2gh),
где g - ускорение свободного падения, h - высота подъема молотка.
Математически, формула для расчета коэффициента динамической нагрузки выглядит следующим образом: КДН = (Pm * H) / (As * Qs * Es) где: Pm - максимальный импульс удара, передаваемый свае H - высота сваи As - площадь поперечного сечения сваи Qs - сопротивление грунта в месте закрепления сваи Es - модуль упругости сваи Значение коэффициента динамической нагрузки, полученное в результате испытания сваи, может использоваться для расчета допустимой нагрузки на сваи в соответствии с применяемыми нормативными документами.
По сравнению со статической нагрузкой испытания динамической нагрузкой значительно дешевле и выполняются быстрее. Например, при забивке стальной сваи не требуется дополнительное оборудование в виде балок, анкерных свай или тяжелых балластных грузов.